[네트워크] OSI 7 Layer

OSI 7 Layer 란?

네트워크 프로토콜이 통신하는 구조를 7개의 계층으로 분리하여 각 계층 간 상호 작동하는 방식을 정해 놓은 것이다.

OSI 7계층을 나눈 이유?

계층을 나눈 이유는 통신이 일어나는 과정을 단계별로 파악할 수 있기 때문이다.

7단계 중 특정한 곳이 이상이 생기면 다른 단계의 장비 및 소프트웨어를 건드리지 않고도 이상이 생긴 단계만 고칠 수 있기 때문이다.

 

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1계층 - 물리계층(Physical Layer)

이 계층에서는 단지 데이터를 전달만 할 뿐 전송하려는(또는 받으려는) 데이터가 무엇 인지, 어떤 에러가 있는지 등에는 전혀 신경 쓰지 않는다.

0과 1로 이루어진 전자 신호를 케이블로 전송할 수 있는 아날로그 신호로 변환하고 전송하는 역할을 한다.

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2계층 - 데이터 링크 계층(DataLink Layer)

물리계층을 통해 송수신되는 정보의 오류와 흐름을 관리하여 안전한 정보의 전달을 수행할 수 있도록 도와주는 역할을 한다.

따라서 통신에서의 오류도 찾아주고 재전송하는 기능을 가지고 있는 것이다.

이 계층에서는 맥 주소를 가지고 통신하게 된다.

이 계층에서 전송되는 단위를 프레임이라고 하고, 대표적인 장비로는 브리지, 스위치 등이 있다.

맥 주소(MAC Address)

MAC이란 Media Access Control의 약자로서 네트워크 통신을 하는 하드웨어에 할당된 주소로, 원칙적으로는 세상에 있는 모든 장비가 가진 고유한 물리 주소입니다.

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3계층 - 네트워크 계층(Network)

이 계층에서 가장 중요한 기능은 데이터를 목적지까지 가장 안전하고 빠르게 전달하는 기능(라우팅)이다.

이 계층은 경로를 선택하고 주소를 정하고 경로에 따라 패킷을 전달해 주는 것이 이 계층의 역할이다.

이 계층의 대표적인 장비는 라우터이며, 요즘은 2계층의 장비 중 스위치라는 장비에 라우팅 기능을 장착한 Layer 3 스위치 도 있다. (여기서 IP주소를 사용한다.)

 

네트 워크 계층은 라우팅, 흐름제어, 세그멘테이션, 오류 제어, 인터네트워킹들을 수행한다.

데이터를 연결하는 다른 네트워크를 통해 전달함으로써 인터넷을 가능하게 만드는 계층이다.

논리적인 주소 구조(IP), 곧 네트워크 관리자가 직접 주소를 할당하는 구조를 가지며, 계층적이다.

 

=> 주소부여(IP), 경로설정(Route)

IP 계층

TCP/IP 상에서 IP 계층이란 네트워크의 주소 (IP 주소)를 정의하고, IP 패킷의 전달 및 라우팅을 담당하는 계층

OSI 7계층모델의 관점에서 보면 IP 계층은 네트워크 계층에 해당

• 패킷을 목적지까지 전달하는 역할 및 그에 수반되는 기타 역할을 함

IP계층의 주요 역할

• IP 계층에서는 그 하위계층인 데이터링크 계층의 하드웨어적 특성에 관계없이 독립적인 역할을 수행

IP 계층 상에 있는 주요 프로토콜

• 패킷의 전달을 책임지는 IP
• 패킷 전달 에러의 보고 및 진단을 위한 ICMP
• 복잡한 네트워크에서 인터네트워킹을 위한 경로를 찾게해주는 라우팅 프로토콜

IP프로토콜

TCP/IP 기반의 인터넷 망을 통하여 데이터그램의 전달을 담당하는 프로토콜

 

주요 기능

• IP 계층에서 IP 패킷의 라우팅 대상이 됨 (Routing)
• IP 주소 지정 (Addressing)

1. 주요 특징

• 신뢰성(에러제어) 및 흐름제어` 기능이 전혀 없음 ⇒ Best-Effort Service
  • 신뢰성을 확보하려면 IP 계층 위의 TCP와 같은 상위 트랜스포트 계층에 의존
• 비연결성 데이터그램 방식으로 전달되는 프로토콜 ⇒ Connectionless
• 패킷의 완전한 전달(소실, 중복, 지연, 순서바뀜 등이 없게함)을 보장 않음 ⇒ Unreliable
• IP 패킷 헤더 내 수신 및 발신 주소를 포함 ⇒ IPv4 헤더, IPv6헤더, IP 주소
• IP 헤더 내 바이트 전달 순서 : 최상위 바이트(MSB)를 먼저 보냄 ⇒ Big-endian
• 경우에따라, 단편화가 필요함 ⇒ IP 단편화 참조
• TCP, UDP, ICMP, IGMP 등이 IP 데이터그램에 실려서 전송

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4계층 - 전송 계층(Transport Layer)

통신을 활성화하기 위한 계층이다. 보통 TCP 프로토콜을 이용하며, 포트를 열어서 응용프로그램들이 전송할 수 있게 한다.

만약 데이터가 왔다면 4계층에서 해당 데이터를 하나로 합쳐서 5계층에 던져 준다.

단대단 오류제어 및 흐름제어 이 계층 까지는 물리적인 계층에 속한다.

 

전송 계층(Transport layer)은 양 끝단 (End to end)의 사용자들이 신뢰성 있는 데이터를 주고받을 수 있도록 해주어, 상위 계층들이 데이터 전달의 유효성이나 효율성을 생각하지 않도록 해준다.

시퀀스 넘버 기반의 오류 제어 방식을 사용한다.

전송 계층은 특정 연결의 유효성을 제어하고, 일부 프로토콜은 상태 개념이 있고(stateful), 연결 기반(connection oriented)이다.

이는 전송 계층이 패킷들의 전송이 유효한지 확인하고 전송 실패한 패킷들을 다시 전송한다는 것을 뜻한다.

 

TCP 프로토콜(Transmission Control Protocol)

양종단 호스트 내 프로세스 상호 간에 신뢰적인 연결지향성 서비스를 제공

• IP의 비신뢰적인 최선형 서비스에다가 신뢰적인 연결지향성 서비스를 제공하게 됨
• 신뢰적인 전송을 보장함으로써, 어플리케이션 구현이 한층 쉬워지게 됨

신뢰성 있음 (Reliable)

패킷 손실, 중복, 순서 바뀜 등이 없도록 보장

TCP 하위계층인 IP 계층의 신뢰성 없는 서비스에 대해 다방면으로 신뢰성을 제공

 

연결지향적 (Connection-oriented) ⇒ TCP 연결

같은 전송계층의 UDP가 비연결성(connectionless)인 것과는 달리, TCP는 연결지향적임

이 경우, 느슨한 연결(Loosly Connected)을 갖으므로 강한 연결을 의미하는 가상회선이라는 표현보다는 오히려 연결지향적이라고 말함

연결 관리를 위한 연결설정 및 연결해제 필요 ⇒ TCP 연결설정, TCP 연결종료

양단간 어플리케이션/프로세스는 TCP가 제공하는 연결성 회선을 통하여 서로 통신

TCP의 연결에는 3-way Handshake 방식, 종료에는 4-way Handshake 방식을 사용함

UDP 프로토콜(User Datagram Protocol)

전송 계층의 통신 프로토콜의 하나 (TCP에 대비됨)

• 신뢰성 낮은 프로토콜로서 완전성을 보증하지 않으나,
• 가상회선을 굳이 확립할 필요가 없고, 유연하며 효율적 응용의 데이터 전송에 사용

비연결성이고, 신뢰성이 없으며, 순서화되지 않은 Datagram 서비스 제공

• 메세지가 제대로 도착했는지 확인하지 않음 (확인응답 없음)
• 수신된 메세지의 순서를 맞추지 않음 (순서제어 없음)
• 흐름 제어를 위한 피드백을 제공하지 않음 (흐름제어 없음)
• 검사합을 제외한 특별한 오류 검출 및 제어 없음 (오류제어 거의 없음)
• UDP를 사용하는 프로그램 쪽에서 오류제어 기능을 스스로 갖추어야 함
• 데이터그램 지향의 전송계층용 프로토콜 (논리적인 가상회선 연결이 필요없음)
• 비연결접속상태 하에서 통신

실시간 응용 및 멀티캐스팅 가능

• 빠른 요청과 응답이 필요한 실시간 응용에 적합
• 여러 다수 지점에 전송 가능 (1:다)

헤더가 단순함

• UDP는 TCP처럼 16비트의 포트 번호를 사용하나,
• 헤더는 고정크기의 8바이트(TCP는 20바이트)만 사용

즉, 헤더 처리에 많은 시간과 노력을 요하지 않음

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5계층 - 세션 계층(Session Layer)

데이터가 통신하기 위한 논리적인 연결을 말한다. 통신을 하기 위한 대문이라고 보면 된다.

하지만 4계층에서도 연결을 맺고 종료할 수 있기 때문에 우리가 어느 계층에서 통신이 끊어졌나 판단하기에는 한계가 있다.

그러므로 세션 계층은 4 계층과 무관하게 응용 프로그램 관점에서 봐야 한다.

세션 연결, 유지, 종료, 전송 중단 시 복구 등의 기능이 있다.

 

세션 계층(Session layer)은 양 끝단의 응용 프로세스가 통신하기 위한 방법을 제공한다.

동시 송수신 방식(duplex), 반이중 방식(half-duplex), 전이중 방식(Full duplex)의 통신과 함께, 체크 포인팅과 유휴, 종료, 다시 시작 과정 등을 수행한다.

이 계층은 TCP/IP 세션을 만들고 없애는 책임을 진다.

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6계층 - 표현 계층(Presentation Layer)

데이터 표현이 상이한 응용 프로세스의 독립성을 제공하고, 암호화한다.

 

표현 계층(Presentation Layer)은 코드 간의 번역을 담당하여 사용자 시스템에서 데이터 형식상 차이를 다루는 부담을 응용 계층으로부터 덜어 준다. MIME 인코딩이나 암호화 등의 동작이 이 계층에서 이루어진다.

예를 들면, EBCDIC로 인코딩 된 문서 파일을 ASCII로 인코딩 된 파일로 바꿔 주는 것,

해당 데이터가 TEXT인지, 그림인지, GIF인지 JPG인지의 구분 등이 표현 계층의 몫이다.

 

=> 사용자의 명령어를 완성 및 결과 표현. 포장/압축/암호화

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7계층 - 응용 계층(Application Layer)

최종 목적지로서 HTTP, FTP, SMTP, POP3, Telnet 등과 같은 프로토콜이 있다.

 

해당 통신 패킷들은 방금 나열한 프로토콜에 의해 모두 처리되며 우리가 사용하는 브라우저나, 메일 프로그램은 프로토콜을 보다 쉽게 사용하게 해주는 응용프로그램이다. 한마디로 모든 통신의 양 끝단은 HTTP와 같은 프로토콜이지 응용프로그램이 아니다.

 

응용 계층(Applcation layer)은 응용 프로세스와 직접 관계하여 일반적인 응용 서비스를 수행한다.

일반적인 응용 서비스는 관련된 응용 프로세스들 사이의 전환을 제공한다.

 

⇒ 네트워크 소프트웨어 UI 부분, 사용자의 입출력(I/O) 부분

 

 

참고 문서 : https://shlee0882.tistory.com/110